水下電連接器性能鑒定試驗研究

趙宏力(美鉆能源科技(上海)有限公司，上海 200941)

0 引言

據資料研究，中國南海70%的石油儲量在深水中，南海石油儲量占中國石油總量的1/3[1]。水下電連接器(以下簡稱“電連接器”)是油氣開采設備的關鍵部件，廣泛應用在水下采油樹SCM對接盤等設備上。國內早有科研機構及企業對電連接器進行研制，但是目前幾乎沒有比較成熟可靠的產品。究其原因就是電連接器密封技術難度大，以及電連接器性能鑒定技術不成熟。目前電連接器市場被Cameron、FMC等國外公司所壟斷。研發中國自主知識產權的電連接器，對促進國內深水油氣開采，提升中國深水采油氣技術競爭力，保障深水油氣安全采油氣具有深遠意義。電連接器性能試驗測試是產品質量保障和質量控制體系中的重要環節。通過電連接器性能鑒定試驗，可以驗證電連接器機械插拔壽命、產品密封的可靠性、產品設計的合理性等。

目前國內多家科研機構及企業針對水下電連接器的研發已經開展多年[2-3]，但是電連接器性能鑒定試驗技術研究較少，亟待深入研究。

1 水下電連接器簡介

電連接器由插頭、插座組成。電連接器插頭和插座后端密封方式相同，都是采用O型密封圈及硅膠組合成的二級密封，前端密封略有不同，插頭前端采用傳統O型密封圈密封；插座前端則采用O型密封圈及絕緣油兩種方式實現二級密封。絕緣油除了密封作用外，還起著電連接器在深水中內外壓力平衡的作用。

電連接器的關鍵核心技術是密封技術，電連接器密封狀態有兩種：(1)電連接器插頭和插座在未插合狀態下及已插合狀態下的靜態密封；(2)電連接器插頭和插座在插合過程中的動態密封。二者比較而言，動態密封是密封技術中的核心技術。

2 水下電連接器性能鑒定試驗要求

2.1 外觀檢查(電極針)

外觀檢查要求：電連接器插頭電極針外表涂層光滑致密，涂層無氣泡、針孔、麻點、起皮或其他影響涂層質量的缺陷。

外觀檢查方法：使用30倍放大鏡檢查。

2.2 摩擦壽命試驗

摩擦壽命試驗要求：電連接器插拔時，電連接器插頭穿過插座的橡膠密封件，要求在200次壽命要求期間，電連接器插頭涂層不得脫落及橡膠件密封處無磨損；電連接器插座預安裝時，模擬電連接器插拔狀態，電極插拔100次。試驗后電連接器插頭電極針表面涂層沒有明顯磨損痕跡，涂層無脫落起皮等影響導電與絕緣性能的缺陷及橡膠件密封處無磨損。

壽命試驗方法：插座、插頭安裝在工裝上，驅動器驅動插頭進行插拔。

2.3 電性能試驗

電連接器插頭電性能試驗要求：涂層絕緣測試不小于20 GΩ@2 500 VDC、耐電壓測試常溫狀態下2 500 V絕緣電阻大于20 GΩ；

試驗方法：絕緣電阻按照GJB 1217—1991中3003規定的試驗方法對電連接器進行試驗，耐電壓按照GJB 1217中3001規定的試驗方法對電連接器進行試驗。

2.4 殼體強度試驗

殼體強度試驗要求：電連接器需在海水下1 500 m工作，即16.5 MPa環境。要求殼體強度安全系數不小于2。對殼體進行液壓強度試驗，試驗介質為純凈水，試驗壓力為33 MPa，承壓5 min。保壓后，殼體(內腔)無冒汗(內腔)、滴漏等現象，試驗后殼體無裂紋等缺陷；

試驗方法：電連接器安裝在模擬試驗艙內，試驗艙內加注滿純凈水并增壓33 MPa。

2.5 電纜試驗

電纜絕緣電阻、耐電壓試驗要求：電纜絕緣電阻不小于5 GΩ@2 500 VDC@10M，耐電壓1 000 V。

試驗方法：絕緣電阻按照GJB 1217—1991中3003規定的試驗方法對電連接器進行試驗，耐電壓按照GJB 1217中3001規定的試驗方法對電連接器進行試驗。

2.6 密封性能試驗

密封性能測試要求：外加氦氣壓力16.5 MPa，指標要求不大于1.0×10-6Pa·m3/s；

試驗方法：使用氦質譜撿漏儀進行漏率檢驗。

2.7 插合力測試試驗

插合力試驗要求：插合力不大于600 N；

試驗方法：按照GJB 1217—1997中的2013試驗方法進行。

2.8 電性能試驗

電連接器插座電性能測試要求：接觸電阻不大于5毫歐姆；各相與外殼的絕緣電阻不小于2 GΩ@2 500 VDC；各相之間的絕緣電阻不小于5 GΩ@2 500 VDC；耐壓不小于1 000 VDC；

試驗方法：絕緣電阻按照GJB 1217—1991中3003規定的試驗方法對電連接器進行試驗，耐電壓按照GJB 1217中3001規定的試驗方法對電連接器進行試驗。

2.9 高低溫試驗

零件及組件高低溫試驗。

高低溫試驗要求：高溫+55 ℃試驗1 h恢復常溫后測試性能滿足要求；低溫-18 ℃，1 h恢復常溫后測試性能滿足要求；

試驗方法：高溫按照GJB 150.3—1986試驗方法進行；低溫按照GJB 150.3—1986試驗方法進行。

高低溫箱設備信息如下：

試驗設備：THERMOTRON高低溫循環箱；型號：HPS-16、SMPLUS-18C；最大設定值：100 ℃；波動值：±0.3 ℃；偏差值：2.7 ℃。

2.10 電連接器插頭組件試驗

2.10.1 密封性測試

密封性測試要求：漏率不大于1×10-7Pa·m3/s；試驗方法：使用氣壓16.5 MPa，使用氦質譜撿漏儀進行漏率檢驗。

2.10.2 電能測試

電連接器插頭組件電性能測試要求：各相與外殼的絕緣電阻不小于15 GΩ@2500 VDC耐壓不小于1 000 VDC；試驗方法：絕緣電阻按照GJB 1217—1991中3003條規定的試驗方法對電連接器進行試驗，耐電壓按照GJB 1217中3001條規定的試驗方法對電連接器進行試驗。

2.10.3 高低溫試驗

連接器插頭組件高低溫測試要求：高溫+55 ℃測試1 h、低溫-18 ℃測試1 h組件無破損、形變等異常；試驗方法：高溫按照GJB 150.3—1986試驗方法進行；低溫按照GJB 150.3—1986試驗方法進行。

2.11 電連接器插座組件帶電纜測試

電連接器插座組件帶電纜測試要求：絕緣電阻不小于10 GΩ@2 500 VDC；水下絕緣電阻不小于10 GΩ@2 500 VDC；測試方法：絕緣電阻按照GJB 1217—1991中規定的試驗方法進行試驗。

2.12 電連接器插頭組件帶電纜測試

電連接器插頭組件帶電纜測試要求：絕緣電阻不小于10 GΩ@2 500 VDC；水下絕緣電阻不小于10 GΩ@2 500 VDC；測試方法：絕緣電阻按照GJB 1217—1991中3003條規定的試驗方法進行試驗。

2.13 試驗件性能測試

在電連接器插座組件和電連接器插頭組件完成規定測試項目后，進行總裝。產品完成總裝后進行試驗測試。

2.13.1 干插拔絕緣電阻測試

干插拔絕緣電阻測試要求：4芯插座、插頭干插合狀態下絕緣電阻不小于10 GΩ@2 500 VDC；測試方法：絕緣電阻按照GJB 1217—1991中3003條規定的試驗方法進行試驗。

2.13.2 濕插拔試驗(壽命試驗)

將產品安裝于水下模擬試驗裝置，并加滿水。分別增壓至10 MPa，保持5 min后增壓至16.5 MPa，對電連接器進行了絕緣測試，要求與未增壓數據一致。

2.13.3 壽命試驗

壽命試驗要求：根據電連接器性能指標要求，在1 500 m水下插拔50次，絕緣性能不降低。試驗方法：按照GJB 1217—1997中3003條試驗方法進行試驗。

2.13.4 承壓試驗

承壓試驗要求：根據技術協議的要求，在1 500 m水下進行500 h的承壓試驗，電連接器無泄漏、變形、破壞。插合及拔出狀態分別測試絕緣電阻不小于10 GΩ@1 500 VDC；試驗方法：試驗時將產品安裝于水下模擬試驗裝置內，注滿水并增壓致16.5 MPa，試驗過程中保持這個壓力。為了保證試驗的連續性，濕插拔試驗、壽命試驗和承壓試驗是同時交叉進行的，試驗一共進行21天(500 h)。電連接器性能測試試驗就我國而言沒有完善的試驗程序，急需完善以促進電連接器的研發。

3 結語

目前電連接器性能測試試驗沒有現成的文獻參考。文章基于1 500 m水深電連接器性能試驗研究，詳細介紹了電連接器試驗項目、試驗方法、性能指標要求。該研究對同類產品具有很好的參考價值。